Szinkronizált 4kva halmozott inverter

A javasolt 4kva első része szinkronizált egymásra rakható inverter áramkör megvitatja, hogyan lehet megvalósítani a négy frekvenciaváltó közötti döntő automatikus szinkronizálást a frekvencia, a fázis és a feszültség tekintetében, hogy az inverterek egymástól függetlenül működjenek, ugyanakkor elérjék a kimenetet, amely egyenlő egymással.

Az ötletet David úr kérte. A következő e-mail beszélgetés közte és köztem részletesen ismerteti a javasolt szinkronizált 4kva halmozott inverter áramkör főbb jellemzőit.

1. e-mail

Szia Swagatam,

Először is köszönetet akartam mondani a világhoz való hozzájárulásért, az információkért és ami a legfontosabb, hogy hajlandó megosztani tudását más emberek megsegítése érdekében, véleményem szerint felbecsülhetetlen sok okból.

Szeretném továbbfejleszteni az általad megosztott áramköröket, hogy megfeleljenek a saját céljaimnak, sajnos, bár megértem, mi folyik az áramkörökben, hiányzik a kreativitás és a tudás ahhoz, hogy magam is elvégezhessem a módosításokat.

Általában követni tudom az áramköröket, ha kicsik, és látom, hol csatlakoznak / csatlakoznak nagyobb sémákhoz.

Ha szeretném, megpróbálnám elmagyarázni, mit szeretnék elérni, bár nincs illúzióm, hogy nagyon elfoglalt ember vagy, és nem szeretnéd feleslegesen igénybe venni a drága idődet.

A végső cél az lenne, hogy egy több forrásból álló megújuló energiájú mikrohálózatot szeretnék megépíteni (összeszerelni), Solar PV, Windmills és bio diesel generátorok felhasználásával.

Az első lépés a PV szolár inverter fejlesztései.

Szeretném használni a 48 voltos tiszta szinusz hullámú inverter áramkörét, amely képes állandó 2kW 230V kimenet fenntartására, képesnek kell lennie ennek a kimenetnek legalább háromszorosára, nagyon rövid ideig.

A legfontosabb módosítás, amelyet el akarok érni, hogy számos ilyen inverter egység jöjjön létre, amelyek párhuzamosan működnek és csatlakoznak egy AC buszsínhez.

Szeretném, ha minden inverter önállóan és folyamatosan megvizsgálná az AC busz sávját a frekvencia, a feszültség és az áram (terhelés) szempontjából.

Szolga egységeknek fogom nevezni ezeket az invertereket.

Az invert modulok ötlete a „plug and play” lesz.

Az inverter, miután csatlakozott az AC busz sávhoz, folyamatosan mintát vett / mérte az AC busz sávjának frekvenciáját, és ezeket az információkat felhasználta egy 4047 IC bemenetének meghajtására úgy, hogy az órajelének kimenete tovább fokozható vagy késleltetett legyen, amíg pontosan be nem klónozza a az AC buszsáv a két hullámforma szinkronizálása után az inverter bezár egy kontaktort vagy relét, amely összekapcsolja az invert kimeneti fokozatát az AC buszsávval.

Abban az esetben, ha a sávon lévő frekvencia vagy a feszültség egy előre meghatározott tűrésen kívül mozog, az inverter modulnak ki kell nyitnia a kimeneti fokozat reléjét vagy kontaktorát, és ezzel meg kell védenie az inverter kimeneti fokozatát az AC sávtól.

Ezenkívül a váltóáramú sínre csatlakozás után a szolga egységek aludni kezdenek, vagy legalábbis az inverter kimeneti fázisa alszik, miközben a rúd terhelése kisebb, mint az összes slave inverter összege. Képzelje el, hogy van-e 3 szolga inverter csatlakoztatva a váltakozó áramú busz sínjéhez, azonban a sáv terhelése csak 1,8 kW, akkor a másik két rabszolga aludni fog.

A kölcsönös az is igaz lenne, hogy ha a rúd terhelése 3 kW-ra ugrana, mondván, az egyik alvó inverter azonnal felébred (már szinkronban van), hogy ellátja a további szükséges energiát.

Úgy képzelem, hogy mindegyik kimeneti fokozaton néhány nagy kondenzátor szolgáltatja a szükséges energiát, miközben az inverter nagyon rövid pillanattal bír, míg felébred.

Célszerűbb lenne (csak véleményem szerint) nem az invertereket közvetlenül összekapcsolni egymással, hanem az, hogy függetlenül autonómak legyenek.

Meg akarom próbálni elkerülni a mikrovezérlőket, vagy az egységek hibáját vagy hibáját, hogy ellenőrizzék egymást, vagy az egységeket, amelyek „címmel” rendelkeznek a rendszeren.

Gondolatban azt képzelem, hogy az AC-sínen az első csatlakoztatott eszköz egy nagyon stabil referencia-inverter lenne, amelyet folyamatosan csatlakoztatnak.

Ez a referencia-inverter biztosítja azt a frekvenciát és feszültséget, amelyet a többi szolga egység használna saját megfelelő kimeneteik előállításához.

Sajnos nem tudom felvenni a fejem, hogyan akadályozhatnánk meg egy olyan visszacsatolási ciklust, ahol a rabszolga egységek potenciálisan referencia egységgé válnának.

Ezen e-mail keretein túl van néhány kicsi generátorom, amelyet szeretnék csatlakoztatni a váltakozó áramú sínhez, amely a referencia inverterrel szinkronizálva energiát szolgáltat arra az esetre, ha a terhelés meghaladja a DC max kimeneti kapacitását.

Az általános előfeltétel az, hogy a váltakozó áramú busz sávjának bemutatott terhelés meghatározza, hogy hány inverter és végül hány generátor vagy önállóan csatlakozik, vagy lekapcsol, hogy megfeleljen a keresletnek, mivel ez remélhetőleg energiát takarít meg, vagy legalább nem pazarolja az energiát.

A teljesen több modulból felépített rendszer ekkor bővíthető / összehúzható, valamint robusztus / ellenálló lehet, így ha valaki vagy esetleg két egység meghibásodik, a rendszer továbbra is működik, legyen az csökkentett kapacitással.

Csatoltam egy tömbvázlatot, és egyelőre kizártam az akkumulátor töltését.

Azt tervezem, hogy az akkumulátort az AC buszról töltem, és egyenirányítom 48 V DC-re, így feltölthetem a generátorokról vagy a megújuló energiaforrásokról, elismerem, hogy ez talán nem olyan hatékony, mint a DC mppt használata, de azt hiszem, amit hatékonyságban veszítek, rugalmasságban nyerek. Nagyon messze lakom a várostól vagy a közüzemi hálózattól.

Összehasonlításképpen, a váltakozó áramú busz minimális állandó terhelése 2 kW, bár a csúcsterhelés akár 30 kW-tal is megnőhet.

Terveim szerint az első 10–15 kW teljesítményt a napelemes napelemek biztosítják, és két 3 kW (csúcs) szélmalom a szélmalmok vad AC váltakozó áramú egyenfeszültségre egyenirányító és egy 1000Ah 48 voltos akkumulátor bank. (Amit az akkumulátor élettartamának biztosítása érdekében szeretnék elkerülni, hogy a kapacitása 30% -át meghaladja a lemerülést / lemerülést) A fennmaradó ritka és nagyon szakaszos energiaigényeket a generátoraim kielégítenék.

Ez a ritka és szakaszos terhelés a műhelyemből származik.

Arra gondoltam, hogy körültekintő lehet kondenzátorbankot építeni az induktív terheléses indítási áramok, például a légkompresszor és az asztali fűrész motorjának kezelésére vagy feloldására.

De ebben az időben nem vagyok biztos abban, hogy nincs-e jobb / olcsóbb módszer.

Gondolatait és észrevételeit nagyra értékelnék és értékelnék, remélem, van ideje visszajönni hozzám.

Előre is köszönöm az időt és a figyelmet.

Üdvözlettel David elküldve a BlackBerry® vezeték nélküli eszközömről

Válaszom

Szia David,

Elolvastam a követelményedet, és remélhetőleg helyesen megértettem.

A 4 inverter közül csak az egyiknek lenne saját frekvenciagenerátora, míg mások a frekvencia ebből a fő inverter kimenetről történő kivonásával működnének, és így mindegyik szinkronban lenne egymással és ennek a fő inverter specifikációinak.

Megpróbálom megtervezni, és remélem, hogy az elvárt módon és az Ön specifikációinak megfelelően működik, azonban a megvalósítást szakértőnek kell elvégeznie, akinek képesnek kell lennie a koncepció megértésére és tökéletesítésre / tökéletesítésre, bárhol is legyen szükséges .... különben ennek a meglehetősen összetett tervezésnek a sikere rendkívül nehézzé válhat.

Csak az alapkoncepciót és a vázlatot tudom bemutatni .... a többit a mérnököknek kell elvégezni az Ön oldaláról.

Lehet, hogy egy kis időbe telik, míg ezt kitöltem, mivel már sok függőben lévő kérelem van a sorban ... Fiaként tájékoztatom, amint fel van adva

Üdvözlettel: Swag

2. e-mail

Szia Swagatam,

Nagyon köszönöm a nagyon gyors választ.

Nem egészen erre gondoltam, de mindenképpen alternatívát jelent.

Azt gondoltam, hogy minden egységnek két frekvenciamérési aláramköre lesz, az egyik az AC busz sávjának frekvenciáját vizsgálja, és ezt az egységet használják az inverter szinuszgenerátorának órajelének létrehozására.

A másik frekvenciamérési aláramkör az inverter szinuszgenerátorának kimenetét vizsgálja.

Lenne egy összehasonlító áramkör, amely valószínűleg egy opamp tömböt használna, amely visszavezetné az inverter szinuszhullám-generátorának impulzusát az órajel előrehaladásához vagy az órajel késleltetéséhez, amíg a szinuszgenerátor kimenete pontosan meg nem egyezik az AC sáv szinuszhullámával .

Amint az inverter kimeneti fokozatának frekvenciája megegyezik az AC busz sávjának frekvenciájával, lesz egy SSR, amely bezárja az inverter kimeneti fokozatának összekapcsolását az AC sávval, előnyösen a nulla keresztponton.

Így bármely inverter modul meghibásodhat, és a rendszer tovább működik. A fő inverter célja az volt, hogy az összes inverter modul soha ne menjen aludni, és biztosítsa a kezdeti váltakozó sáv frekvenciáját. ha azonban nem sikerül, akkor a többi egységet nem érinti, amíg az egyik „online” volt

A slave egységeknek le kell állniuk vagy be kell indulniuk, amikor a terhelés változik.

Megfigyeléseid helyesek voltak, nem vagyok „elektronikai” ember, gépészmérnök és villamosmérnök vagyok, nagy növényi cikkekkel dolgozom, például hűtőkkel, generátorokkal és kompresszorokkal.

Ahogy ez a projekt előrehalad, és egyre kézzelfoghatóbbá válik, szívesen fogadna-e pénzt / ajándékot? Nincs sok dolgom, de talán tudnék ajándékozni egy kis pénzt a paypal-on keresztül, hogy támogassam a webhely tárhelyének költségeit.

Még egyszer köszönöm.

Várom válaszát.

namaste

David

Válaszom

Köszönöm David,

Alapvetően azt szeretné, ha az inverterek egymással szinkronban lennének a frekvencia és a fázis szempontjából, és mindegyiknek lehetősége lenne a fő inverterré válni és átvenni a töltést, ha az előző valamilyen okból meghibásodik. Jobb?

Megpróbálom ezt megoldani bármilyen tudással és józan ésszel, és nem összetett IC-k vagy konfigurációk alkalmazásával.

Legmelegebb üdvözlet: Swag

3. e-mail

Szia Swag,

Ez egy dióhéjban, egy további követelmény figyelembevételével.

A terhelés csökkenésével az inverterek öko vagy készenléti üzemmódba kapcsolnak, és amikor a terhelés növekszik vagy növekszik, felébrednek, hogy megfeleljenek az igényeknek.

Szeretem azt a megközelítést, amellyel megy ...

Köszönöm szépen, hogy nagyra értékeli a számomra odafigyelést.

Namaste

Szivélyes üdvözlettel

David

A dizájn

David úr kérésére a javasolt 4kva egymásra rakható inverter áramköröknek 4 különálló inverter áramkörnek kell lenniük, amelyek egymással szinkronban megfelelően egymásra rakhatók, hogy megfelelő mennyiségű önszabályozó energiát biztosítsanak a csatlakoztatott terhelések, attól függően, hogy ezeket a terheléseket ki- és bekapcsolják.

FRISSÍTÉS:

Némi gondolkodás után rájöttem, hogy a tervezésnek valójában nem kell túl bonyolultnak lennie, inkább egy egyszerű koncepció segítségével valósítható meg, amint az alábbiakban látható.

Csak az IC 4017-et, a hozzá tartozó diódákkal, tranzisztorokkal és transzformátorral kell megismételni a szükséges számú inverterhez.

Az oszcillátor egy darabból áll, és megosztható az összes inverterrel, ha a pin3-ját integrálja az IC 4017 IC14-es pinjébe.

A visszacsatoló áramkört pontosan be kell állítani az egyes inverterekhez, hogy a levágási tartomány pontosan illeszkedjen az összes inverterhez.

A következő terveket és a magyarázatokat figyelmen kívül lehet hagyni, mivel egy sokkal könnyebb verziót már fentebb frissítettünk

Az inverterek szinkronizálása

A fő kihívás itt az, hogy lehetővé tegyük a szolga inverterek szinkronban tartását a fő inverterrel mindaddig, amíg a master inverter működik, és egy olyan esetben (bár valószínűtlen), hogy a master inverter meghibásodik vagy leáll, a következő inverter átveszi a feltöltődik, és maga lesz a fő inverter.
És ha a második inverter is meghibásodik, a harmadik inverter átveszi a parancsot, és eljátssza a master inverter szerepét.

Valójában az inverterek szinkronizálása nem nehéz. Tudjuk, hogy ezt könnyen meg lehet valósítani olyan IC-k segítségével, mint az SG3525, TL494 stb. A tervezés nehéz része azonban annak biztosítása, hogy ha a fő inverter meghibásodik, akkor az egyik másik inverter képes gyorsan masterré válni.

És ezt úgy kell végrehajtani, hogy a frekvencia, a fázis és a PWM vezérlése még egy másodperc töredékéig sem csökken, és zökkenőmentes átmenet mellett.

Tudom, hogy sokkal jobb ötletek is lehetnek, az említett kritérium teljesítésének legalapvetőbb tervét az alábbi ábra mutatja:

A fenti ábrán láthatunk pár azonos fokozatot, ahol az 1. felső inverter alkotja a master invertert, míg a 2. alsó inverter a slave-et.

Állítólag további fokozatokat kell adni a 3. inverter és a 4. inverter formájában a berendezéshez ugyanolyan módon, integrálva ezeket az invertereket az egyes optocoupler fokozataikkal, de az opamp fokozatot nem kell megismételni.

A kialakítás elsősorban egy IC 555 alapú oszcillátorból és egy IC 4013 flip flop áramkörből áll. Az IC 555 el van kötve, hogy 100 Hz-es vagy 120 Hz-es frekvenciát generáljon, amelyet az IC 4013 órajel bemenetére táplálnak, majd átalakítja a kívánt 50 Hz-re vagy 60 Hz-re azáltal, hogy kimeneteit felváltva megfordítja a logika magasan az 1. tűn. és tű # 2.

Ezeket a váltakozó kimeneteket ezután az áramellátó készülékek aktiválásához, a transzformátort pedig a tervezett 220 V vagy 120 V AC előállításához használják.

A korábbiakban tárgyaltak szerint a legfontosabb kérdés a két inverter szinkronizálása, hogy azok pontosan szinkronban tudnak működni, a frekvencia, a fázis és a PWM szempontjából.

Kezdetben az összes érintett modult (egymásra rakható inverter áramkörök) külön-külön pontosan azonos alkatrészekkel állítják be, hogy viselkedésük tökéletesen egyenlő legyen egymással.

Az inverterek azonban a pontosan egyeztetett attribútumok mellett sem várhatók tökéletesen szinkronban, csak ha ezek valamilyen egyedi módon vannak megkötve.

Ez valójában úgy történik, hogy a „szolga” invertereket egy opamp / optocsatoló fokozaton keresztül integrálják, amint azt a fenti kialakítás jelzi.

Kezdetben az 1. fő inverter be van kapcsolva, ami lehetővé teszi az Opamp 741 fokozat áramellátását és a kimeneti feszültség frekvencia- és fáziskövetésének inicializálását.

Miután ezt elindították, a következő invertereket mind bekapcsolják, hogy energiát szolgáltassanak a hálózati vezetékhez.

Amint látható, az opamp kimenet az összes slave inverter időzítő kondenzátorához van csatlakoztatva egy opto csatolón keresztül, amely arra kényszeríti a slave invertereket, hogy kövessék a master inverter frekvenciáját és fázisszögét.

Azonban érdekes itt az opamp reteszelési tényezője a pillanatnyi fázis és frekvencia információval.

Ez azért történik, mert az összes inverter a megadott frekvencián és fázisban működik és fut a fő invertertől, ami azt jelenti, hogy ha valamelyik inverter meghibásodik, beleértve a fő invertert is, az opamp képes nyomon követni és befecskendezni a pillanatnyi frekvenciát / fázis információ, és a meglévő invertereket arra kényszeríti, hogy ezzel a specifikációval működjenek, és az inverter viszont képes fenntartani az opamp szakasz visszacsatolását, hogy az átmenetek zökkenőmentessé és önoptimalizálttá váljanak.

Ezért remélhetőleg az opamp szakasz gondoskodik arról az első kihívásról, hogy az összes javasolt egymásra rakható inverter tökéletes szinkronban maradjon a rendelkezésre álló hálózati specifikáció LIVE nyomon követésével.

A cikk következő részében megtudjuk a szinkronizált PWM szinuszhullám szakasz , amely a fent tárgyalt tervezés következő döntő jellemzője.

A cikk fenti részében megismertük a 4kva szinkronizált, egymásra rakható inverter áramkör fő szakaszát, amely elmagyarázta a tervezés szinkronizálási részleteit. Ebben a cikkben azt tanulmányozzuk, hogyan lehet a tervezést szinuszhullám-egyenértékűvé tenni, és biztosítjuk a PWM-ek helyes szinkronizálását az érintett inverterek között.

A szinusz hullám PWM szinkronizálása az invertereken

Egy egyszerű RMS-kompatibilis PWM-ekvivalens szinuszhullám-hullámforma-generátor készíthető IC 555 és IC 4060 használatával, amint az a következő ábrán látható.

Ez a kialakítás felhasználható arra, hogy lehetővé tegye az inverterek számára, hogy szinuszhullám-egyenértékű hullámformát állítsanak elő a kimeneteiken és a csatlakoztatott hálózati vezetéken.

Ezen PWM processzorok mindegyikére szükség lenne minden egyes halmozott inverter modulhoz külön-külön.

FRISSÍTÉS: Úgy tűnik, egyetlen PWM processzor használható közösen az összes tranzisztor bázis darabolására, feltéve, hogy mindegyik MJ3001 bázis egyedi 1N4148 diódán keresztül csatlakozik az adott BC547 kollektorhoz. Ez nagymértékben leegyszerűsíti a kialakítást.

A fenti PWM geneartor áramkör különböző szakaszait a következő pont segítségével lehet megérteni:

IC 555 használata PWM generátorként

Az IC 555 az alap PWM generátor áramkörként van konfigurálva. Ahhoz, hogy állítható PWM-ekvivalens impulzusokat generálhasson a kívánt RMS-nél, az IC-hez gyors háromszög hullámokra van szükség a pin7-nél és egy referenciapotenciálon a pin5-nél, amely meghatározza a PWM szintet a 3-as kimeneti tűn.

Az IC 4060 használata háromszög hullámgenerátorként

A háromszög hullámok előállításához az IC 555 négyzethullámokat igényel a # 2-es érintkezőjénél, amelyet az IC 4060 oszcillátor chipből szereznek be.

Az IC 4060 meghatározza a PWM frekvenciáját, vagy egyszerűen az „oszlopok” számát az AC félciklusok mindegyikében.

Az IC 4060-at főleg az inverter kimenetéből származó minta alacsony frekvenciájú tartalmának és a # 7-es tűtől viszonylag nagy frekvenciának szaporítására használják. A mintavételi frekvencia alapvetően biztosítja, hogy a PWM aprítása egyenlő és szinkronizált legyen az összes inverter modulnál. Ez a fő oka annak, hogy az IC 4060 szerepel, különben egy másik IC 555 könnyedén elvégezhette volna a munkát.

Az IC 555 5. érintkezőjén található referenciapotenciált az áramkör bal szélén látható opamp feszültségkövető veszi fel.

Ahogy a neve is sugallja, ez az opamp pontosan ugyanolyan feszültséget szolgáltat a # 6-os érintkezőjénél, amely a # 3-as érintkezőjén jelenik meg ... azonban a # 3-as tű # 6-os érintkezőjének replikációja szépen pufferelt, és ezért gazdagabb, mint a pin3 minőség, és pontosan ez az oka annak, hogy ezt a szakaszt belefoglaltuk a tervezésbe.

Ennek az IC-nek a 3-as pinjéhez társított 10 k-os előre beállított érték az RMS-szint beállítására szolgál, ami végső soron finomra hangolja az IC 555 kimeneti PWM-eket a kívánt RMS-szintre.

Ezt az RMS-t ezután alkalmazzák az energiaeszközök alapjaira annak érdekében, hogy rákényszerítsék őket, hogy a megadott PWM RMS-szinteken működjenek, ami viszont azt eredményezi, hogy az AC kimenet tiszta RMS-szint mellett tiszta szinuszhullám-tulajdonságot kap. Ezt tovább lehet javítani egy LC-szűrő alkalmazásával az összes transzformátor kimeneti tekercsén.

Ennek a 4kva egymásra rakható, szinkronizált inverter áramkörnek a következő és utolsó része részletezi az automatikus terhelés-korrekciós funkciót, amely lehetővé teszi az inverterek számára, hogy a változó terhelés-váltásnak megfelelően a kimenő hálózati vezetékben megfelelő mennyiségű teljesítményt szolgáltassanak és tartsanak fenn.

Eddig kitértünk a javasolt szinkronizált 4kva egymásra rakható inverter áramkör két fő követelményére, amely magában foglalja a frekvencia, a fázis és a PWM szinkronizálását az inverterek között, így egyik inverter meghibásodása sem volt hatással a többire a fenti paraméterek szempontjából .

Automatikus terhelésjavító szakasz

Ebben a cikkben megpróbáljuk kitalálni az automatikus terhelés-korrekciós funkciót, amely lehetővé teszi az inverterek egymás utáni be- vagy kikapcsolását, válaszul a kimeneti hálózati vezeték változó terhelési körülményeire.

Az LM324 IC-t használó egyszerű quad-komparátor használható az automatikus szekvenciális terhelés-korrekció végrehajtására, az alábbi ábra szerint:

A fenti ábrán láthatjuk az IC LM324 négy opampját, amelyek négy külön komparátorként vannak konfigurálva, nem invertáló bemeneteikkel egyedi presetekkel rögzítve, míg invertáló bemeneteikre mind fix zener feszültség vonatkozik.

A vonatkozó előre beállított értékeket egyszerűen úgy állítják be, hogy az opampok nagy kimenetet produkáljanak egymás után, amint a hálózati feszültség meghaladja a tervezett küszöböt ..... és fordítva.

Amikor ez megtörténik, a megfelelő tranzisztorok az opamp aktiválásának megfelelően kapcsolnak.

A megfelelő BJT-k kollektorai csatlakoznak a PWM vezérlő szakaszában alkalmazott IC 741 IC feszültségkövető opamp 3-as csapjához, és ez arra kényszeríti az opamp kimenetet, hogy alacsonyra vagy nulla legyen, ami viszont nulla feszültség megjelenését okozza a PWM IC 555 5. számú érintkezőjénél (amint azt a 2. rész tárgyalja).

Az IC 555 # 5-ös érintkezőjével ezt a nulla logikát alkalmazva a PWM-ek a legszűkebbé vagy a legkisebb értékre kényszerülnek, ami az adott inverter kimenetét szinte leállítja.

A fenti műveletek megkísérlik stabilizálni a kimenetet egy korábbi normális állapotba, amely ismét szélesebb körre kényszeríti a PWM-et, és ez a kötélhúzás vagy az opampok állandó kapcsolása folyamatosan a lehető legstabilabb kimenetet tartja, válaszul a csatolt terhelések variációi.

Ezzel az automatikus terhelés-korrekcióval, amelyet a javasolt 4kva egymásra rakható inverter áramkörön belül hajtanak végre, majdnem teljes lesz a tervezés a felhasználó által a cikk 1. részében kért összes funkcióval.